降雨作用下基于电导性能的土坡基质吸力时空变化试验研究

降雨作用下土坡基质吸力随时空而变化,直接影响土坡的瞬态稳定性分析。为研究降雨作用下土坡电导性能与基质吸力的时空变化与联系,通过人工降雨滑坡物理模型试验,将电阻率作为监测量与常规的含水率、基质吸力相结合,并在边坡模型上种植马尼拉草,研究植草边坡在均匀降雨、前小后峰和前峰后小这3种动态降雨模式下的入渗特征。研究结果表明:动态降雨模式下,降雨强度变化对土体电阻率和含水率均能产生影响,但都存在一定滞后性。降雨前边坡土体基质吸力、电阻率较高,随着深度的增加逐渐递减。降雨后表层土体基质吸力、电阻率出现较大跌幅,分布上呈现由浅层到深层逐渐增大态势。结合Keller改进的Archie拓展模型与VG模型,得到基于电阻率的残积土基质吸力计算模型,并用试验数据进行验证,结果较为合理,为非饱和残积土基质吸力的测量提供一种快速便捷的方法。研究成果有助于探究非饱和残积土边坡在不同降雨模式下的渗流特征,揭示了降雨作用下坡残积土的电导性能演化规律与基质吸力空间分布特征。

花岗岩残积土坡对短历时强降雨的水文响应

[目的]探究短历时强降雨条件下边坡土体的入渗规律,揭示地质灾害的成因和机理,为该地区地质灾害的形成机理和预警预报工作提供科学依据。[方法]针对2022年5月26—27日福建省龙岩市武平地区因强降雨诱发的浅层流态型滑坡事件,在地灾点典型滑坡处开展原位人工模拟降雨入渗试验,采用土壤水分计、张力计、孔隙水压力传感器和雨量计等监测装置进行系统观测,同时,结合有限元软件模拟不同降雨强度下雨水入渗过程,以深化对入渗规律的理解。[结果]在靠近坡体表面的位置,土体的体积含水率增加幅度较大,随着埋深的增加,增加幅度逐渐减小;边坡各处入渗速度大小表现为:坡顶<坡中≈坡脚;在短历时强降雨作用下,孔隙水压力呈现逐渐增大并达到峰值后稳定的趋势,值得注意的是,在距离坡表120 cm处的孔隙水压力值较其他两个深度的孔隙水压力值大,这可能是由于该处的土层渗透性较低,形成了一个相对滞留的水位,数值模拟结果也较好地反映了这一规律。[结论]在短历时强降雨的情况下,边坡土体的入渗过程极为复杂,且对地质灾害的触发起着关键作用。其入渗特性受降雨强度、土层深度及渗透性等多重因素的综合影响。

多支盘锚杆的原型试验与荷载传递特征分析

多支盘锚杆是新近研发的新型锚固结构,与普通锚杆相比具有优良的工程特性。在多支盘锚杆室内模型试验研究的基础上,通过极限平衡理论推导出多支盘锚杆极限承载力理论计算公式,计算模型结果与室内实测数据基本一致,验证了计算公式的有效性。为了进一步掌握多支盘锚杆的荷载传递特性,开展了现场边坡锚固原型试验,利用现场多支盘锚杆拉拔测试所得数据研究了多支盘锚杆的支盘直径、支盘间距和支盘个数对多支盘锚杆极限承载力和变形控制能力的影响。试验结果表明:在粉质黏土中,当支盘间距大于等于4倍支盘直径时,可认为各支盘能独立工作,充分发挥多支盘锚杆的承载力;在相同条件下,与普通锚杆相比,随着多支盘锚杆的支盘直径从300 mm增大到500 mm以及支盘个数从1个增加到3个,多支盘锚杆的抗拔承载力提高非常明显,其变形控制能力也大幅度增强;多支盘锚杆的轴力传递曲线在支盘位置发生突变,呈陡降型,充分体现支盘在抗拔方面的贡献作用。该研究成果为多支盘锚杆的工程应用奠定了良好的理论基础。

基于XGBoost模型的降雨诱发阶跃型滑坡位移预测

滑坡位移预测一直是滑坡研究的热点之一。近年来,随着计算机科学的发展,越来越多的人工智能技术模型被用于滑坡位移的预测。相较于常用的如LSTM神经网络等机器学习模型,集成算法中的XGBoost模型在滑坡位移预测领域尚不多见。由于其在滑坡位移预测中具有预测精度更高、运行速度更快等优点,目前在学术界已成为研究的热点领域。文中以泉州市安溪县尧山村滑坡地灾点监测数据为例,运用Python搭建XGBoost模型,并通过最大信息系数的比较来选定与位移高度相关的特征,输入至模型中对滑坡位移进行预测。结果表明,XGBoost模型因其在目标函数中引入正则项来控制模型过拟合、模型数据集划分采用前向验证方式等优点,相较于大多数机器学习模型,能更加准确地预测降雨诱发阶跃型滑坡位移。该模型对此类滑坡的位移预测及早期监测预警具有重要参考意义。

注浆支盘式锚杆拉拔荷载传递非线性分析

基于支盘式锚杆室内模型拉拔试验,探究荷载–位移曲线的变化特征和轴力传递特性,然后在此基础上探讨支盘式锚杆的力学模型,推导出盘端阻力的理论计算公式,结合锚-土界面的双曲线非线性模型,采用分段变形协调迭代算法建立荷载传递计算模型,并与实测数据进行对比验证,最后对极限扩孔压力分布、支盘挤扩角等参数进行敏感性分析。研究结果表明,荷载–位移曲线可划分为三阶段,轴力分布沿锚固体深度呈减小趋势且在支盘处发生台阶状突变,荷载比也不断增长;计算模型所得结果与室内实测数据基本一致,验证了本模型的有效性;支盘的极限扩孔压力沿支盘径向先快速非线性增长后缓慢减小,其峰值随着位移增大而增大并以支盘中心为圆点径向外移,整体分布由"锥台状"发展为"圆柱状";挤扩角大于50°时,对锚杆承载性状影响显著。研究结果对支盘式锚杆的受力分析和设计具有重要的理论及实际意义。

注浆支盘式锚杆拉拔试验及极限承载力计算

注浆支盘式锚杆是自主研发的一种新型锚杆,具有广阔的应用前景。为了探究支盘式锚杆的承载特性,构建室内试验模型,针对不同的埋置深度、支盘直径和双支盘间距等条件进行拉拔试验,获取相应的荷载-位移曲线,并对部分数据采取无量纲化处理得到埋深比与荷载系数关系曲线,最后通过简化力学模型推导出支盘式锚杆的端阻力与拉拔极限承载力的计算公式。研究结果表明,埋置深度与极限承载力呈非线性关系且存在临界埋深;盘径对抗拔承载力的影响最为显著,与极限承载力呈线性增长关系,极限承载力较普通锚杆提高了2~5倍多;双支盘的分界间距为4倍支盘直径时可充分调用双支盘的承载力,由于双支盘锚杆在加载初期时土体主要为剪切变形,故其荷载-位移曲线开始阶段斜率较单支盘锚杆要大得多;埋深比与荷载系数关系曲线的斜率突变点为临界埋深比,其值为3.02;该计算公式所得结果与4组试验结果基本一致,验证了计算公式的有效性。研究结果对支盘式锚杆的设计和工程应用具有重要的理论及实际意义。

基于电导性能的原状土柱降雨入渗规律研究

我国东南沿海地质环境复杂脆弱,由台风暴雨引发的滑坡频频发生。雨水入渗到土体内可能导致坡体变形,进而产生滑坡、泥石流等灾害。以福建三明岩兜滑坡为研究对象,通过自行研制的人工降雨土柱入渗试验装置,对研究区滑坡的残积土柱进行了不同降雨强度下(20 mm·h^(-1)、60 mm·h^(-1))的累次循环降雨实验,考虑了不同降雨量、降雨历时和雨停时间等工况,获得了干湿循环下土柱含水率、电阻率以及基质吸力变化等丰富的降雨入渗试验数据,并与现场原型测试结果验证。研究结果表明:(1)累次降雨中,土柱上部传感器含水率峰值随着干湿循环次数增加缓慢降低,深部的土体则在累次降雨后,土体含水量逐渐累积,含水率峰值缓慢提高。(2)原状土柱土体具有非均质性,不同深度土体电阻率大小不一。电阻率响应时间与含水率响应时间具有高度相关性,含水率变化时电阻率也几乎同时产生变化,但两者变化趋势相反。(3)基质吸力在累次降雨雨停阶段回升缓慢,多次降雨过程中,由于前次降雨中留下的水分未完全排干,基质吸力在多次降雨的作用下降到0 kPa。(4)基于Keller改进的Archie拓展模型对研究区土体电阻率含水率进行拟合,并用实测数据进行验证,误差较小。进一步结合Archie拓展模型与Green-Ampt、Philip入渗模型,得到基于电阻率的Green-Ampt与Philip入渗模型。研究成果有助于进一步揭示研究区降雨作用下坡残积土的电阻率演化规律,揭示坡残积土坡在累次降雨下的水分入渗规律,对台风暴雨型滑坡稳定性分析及监测预警具有重要的理论及实际意义。